[發(fā)明專利]一種利用土洞氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警巖溶塌陷的裝置及工作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011235530.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN112309088A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒙彥;鄭小戰(zhàn);周心經(jīng);馮濤;黃勝平;雷明堂;李卓駿;蔣小珍;賈龍;戴建玲;殷仁朝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所
• 主分類號(hào): G08B21/18
• 分類號(hào): G08B21/18;G08B25/10;G01N33/00;G01N1/22
• 代理公司: 成都中弘信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51309
• 代理人: 張芳

本發(fā)明公開了一種利用土洞氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警巖溶塌陷的裝置及工作方法，裝置包括氣體定時(shí)釋放組件、氣體采集組件、土洞坍塌預(yù)警組件；工作方法包括以下步驟：S1、氣體注入設(shè)備進(jìn)行供氣操作，氣體輸入到定時(shí)釋放開關(guān)位置；S2、定時(shí)釋放開關(guān)進(jìn)行釋放氣體操作；S3、氣體被設(shè)置在土洞極限平衡拱界線位置的氣體傳感器檢測(cè)到并傳輸?shù)綒怏w采集儀中；S4、氣體采集儀對(duì)從導(dǎo)氣管進(jìn)來的氣體進(jìn)行分析，得到氣體數(shù)據(jù)并傳輸給預(yù)警值轉(zhuǎn)換模塊；S5、預(yù)警值轉(zhuǎn)換模塊將氣體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為土洞坍塌預(yù)警數(shù)值，并通過無線傳輸模塊傳輸?shù)筋A(yù)警信息發(fā)布模塊；S6、預(yù)警信息發(fā)布模塊收到土洞坍塌預(yù)警數(shù)值后，把預(yù)警信息發(fā)送至電子設(shè)備終端，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的發(fā)布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域，尤其涉及一種利用土洞氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警巖溶塌陷的裝置及工作方法。

背景技術(shù)

自然條件下，覆蓋型巖溶區(qū)的地下水在基巖面附近往復(fù)波動(dòng)，上覆土層在地下水的潛蝕、侵蝕作用下會(huì)發(fā)生變形破壞并逐漸形成土洞，隨著時(shí)間推移，土洞逐漸向上擴(kuò)展，一旦失去力學(xué)平衡，就會(huì)在地表形成塌陷，這種類型的塌陷稱之為自然條件下的土洞型巖溶塌陷。

目前對(duì)于這種類型巖溶塌陷的預(yù)警，目前國(guó)內(nèi)外比較普遍的做法是進(jìn)行定期地球物理探測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、巖土體變形監(jiān)測(cè)等，但是由于受地質(zhì)環(huán)境、設(shè)備精度和人為擾動(dòng)等因素影響，預(yù)警效果并不理想。例如地球物理探測(cè)，對(duì)場(chǎng)地條件要求比較苛刻，設(shè)備昂貴，解譯也存在多解性，往往需要借助鉆探等其他手段驗(yàn)證；地下水監(jiān)測(cè)方法主要是通過建立水位波動(dòng)與土層破壞之間的關(guān)系進(jìn)行巖溶塌陷預(yù)警，由于土體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的不均一性和地下水波動(dòng)的復(fù)雜性，使得該方法預(yù)警精度不足，比較適用于區(qū)域宏觀尺度巖溶塌陷危險(xiǎn)趨勢(shì)判斷。巖土體變形監(jiān)測(cè)方法通過直接對(duì)土體的應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量實(shí)現(xiàn)巖溶塌陷預(yù)警，是最為直接的巖溶塌陷預(yù)警方法，但是由于巖溶塌陷發(fā)育于地下，如果進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)，必然會(huì)對(duì)自然條件下的土體進(jìn)行擾動(dòng)，使得預(yù)警效果往往不能放映實(shí)際情況，布設(shè)的點(diǎn)越多，擾動(dòng)越大，但是布設(shè)數(shù)量少，又不能滿足監(jiān)測(cè)預(yù)警精度。

在對(duì)土洞發(fā)育特征和現(xiàn)象分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)自然條件下的土洞在形成和發(fā)展過程中，土洞內(nèi)會(huì)聚集大量氣體，它們主要來源于地下水以及地下水與巖石、土壤的相互作用。尤其重要的是，在土洞發(fā)育直到巖溶塌陷形成的過程中，這些氣體會(huì)沿著土壤裂隙、孔隙向地表擴(kuò)散，且擴(kuò)散濃度與土壤裂隙、孔隙的發(fā)育程度存在著一定關(guān)系，這為利用土洞氣體進(jìn)行巖溶塌陷監(jiān)測(cè)預(yù)警提供了條件和基礎(chǔ)。因此，有必要研究一種根據(jù)土洞氣體來進(jìn)行巖溶塌陷監(jiān)測(cè)預(yù)警的裝置來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對(duì)上述問題，提供一種操作簡(jiǎn)單、使用便利的利用土洞氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警巖溶塌陷的裝置及工作方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種利用土洞氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警巖溶塌陷的裝置，包括氣體定時(shí)釋放組件、氣體采集組件、土洞坍塌預(yù)警組件；所述氣體定時(shí)釋放組件包括氣體注入設(shè)備、輸氣管、定時(shí)釋放開關(guān)；氣體注入設(shè)備設(shè)置在地表外側(cè)，氣體注入設(shè)備與輸氣管的一端相連通，輸氣管的另一端與設(shè)置在土洞內(nèi)部的定時(shí)釋放開關(guān)相連通；所述氣體采集組件有若干組且若干組氣體采集組件均勻設(shè)置在土洞上方；所述氣體采集組件包括氣體傳感器、導(dǎo)氣管、氣體采集儀；所述氣體傳感器設(shè)置在土洞的極限平衡拱界線位置，氣體傳感器與導(dǎo)氣管的一端相連通，導(dǎo)氣管的另一端與設(shè)置在地表外側(cè)的氣體采集儀相連通；所述土洞坍塌預(yù)警組件設(shè)置在地表外側(cè)，土洞坍塌預(yù)警組件包括用于將氣體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為土洞坍塌預(yù)警數(shù)值的預(yù)警值轉(zhuǎn)換模塊、用于進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)臒o線傳輸模塊、用于將預(yù)警信息發(fā)送至電子設(shè)備終端的預(yù)警信息發(fā)布模塊，預(yù)警值轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端與氣體采集儀的信號(hào)輸出端線路連接，預(yù)警值轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端通過無線傳輸模塊與預(yù)警信息發(fā)布模塊的信號(hào)輸入端相連接，預(yù)警信息發(fā)布模塊的信號(hào)輸出端與電子設(shè)備終端無線連接。

進(jìn)一步的，所述輸氣管伸入土洞中的路徑以及導(dǎo)氣管伸出土洞中的路徑均進(jìn)行注漿封堵以避免出現(xiàn)氣體外漏。

進(jìn)一步的，所述土洞的極限平衡拱界線采用普氏自然平衡拱理論進(jìn)行計(jì)算。